Reaktory Jądrowe

Elektrownie jądrowe
1. Jak najprościej opowiedzieć o działaniu elektrowni jądrowej?
Elektrownia jądrowa jest elektrownią cieplną. Działa na podobnej zasadzie, jak
tradycyjne elektrownie wykorzystujące w roli paliwa węgiel lub gaz, a których działanie jest
dla większości z nas zrozumiałe. W elektrowniach tego typu podgrzewa się wodę,
zamieniając ją w parę wodną. Para ta napędza turbiny, wytwarzając energię mechaniczną,
którą generator elektryczny zamienia w energię elektryczną, przesyłaną m.in. do domów.
Tym, co wyróżnia elektrownie jądrowe jest wykorzystywane do podgrzewania wody
źródło ciepła . W elektrowniach jądrowych ciepło pochodzi z reaktora jądrowego, w którym
w sposób kontrolowany zachodzi łańcuchowa (powielająca) reakcja rozszczepienia jąder
atomowych. Źródło promieniotwórcze emituje neutrony, absorbowane przez inne jądra
atomowe, które z kolei same emitują neutrony itd. Kontrola reakcji zapobiega jej
samoczynnemu przyspieszaniu i pomaga w utrzymaniu właściwych temperatur reaktora.
Jedną z metod kontroli jest zastosowanie tzw. prętów sterujących, czyli umieszczonych
pomiędzy prętami paliwa jądrowego elementów wykonanych z materiału pochłaniającego
neutrony. Regulacja ich położenia względem paliwa zmniejsza lub zwiększa ilość neutronów
docierających do jąder atomowych sąsiednich elementów paliwowych, a tym samym
przyspiesza lub spowalnia reakcję, w razie potrzeby umożliwiając jej wygaszenie.
2. Jakimi rozwiązaniami konstrukcyjnymi różnią się reaktory zbiornikowe o
tajemniczych skrótach: PWR, BWR od kanałowych typu: CANDU, RBMK?
W obydwu rodzajach reaktorów zbiornikowych, PWR (ang. Pressurized Water
Reactor – reaktor wodny ciśnieniowy) i BWR (ang. Boiling Water Reactor – reaktor wodny
wrzący) reaktor jest zanurzony w wodzie, która go chłodzi i jednocześnie pełni funkcję
moderatora, czyli spowalnia neutrony – zmniejsza ich energię. BWR wykorzystuje jeden
obieg wody – para wodna napędzająca turbinę powstaje w samym reaktorze. W PWR
występują dwa obiegi. Woda w reaktorze utrzymywana jest pod wyższym ciśnieniem, więc
nie dochodzi do jej wrzenia. Po ogrzaniu kierowana jest do wytwornicy pary, gdzie ogrzewa i
zamienia w parę wodę w drugim obiegu. PWR uważane są za bardziej bezpieczne niż BWR.
W reaktorach kanałowych paliwo można wymieniać podczas pracy, a więc można to
robić częściej niż w PWR i BWR. Częsta wymiana paliwa jest potrzebna np. w przypadku
stosowania uranu naturalnego. RBMK (ros. Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj – reaktor
kanałowy wielkiej mocy) jest chłodzony wodą, a w roli moderatora stosowany jest grafit. Od
PWR i BWR odróżnia go brak zbiornika ciśnieniowego i obudowy bezpieczeństwa (taki
reaktor działał w Czarnobylu). W CANDU (ang. CANadian Deuterium Uranium –
ciężkowodny reaktor ciśnieniowy opracowany w Kanadzie), nazywanym także PHWR (ang.
Pressurized Heavy Water Reactor) moderatorem i czynnikiem chłodzącym jest tzw. ciężka
woda, czyli woda, w której cząsteczkach zamiast zwykłego wodoru występuje jego cięższy
izotop – deuter.
3. Czym się różni reaktor jednorodny od reaktora niejednorodnego?
W reaktorze niejednorodnym paliwo jest wyraźnie oddzielone od spowalniacza (nie tworzy z
nim jednorodnej masy, np. gdy występuje w postaci prętów), podczas gdy w jednorodnym
rdzeń reaktora wypełniony jest cieczą lub proszkiem zawierającym w sobie paliwo.
4. Jakie paliwa są stosowane w reaktorach?
Większość reaktorów pracuje z wykorzystaniem rzadko spotykanego w przyrodzie
uranuU-235 (tzw. uranu wzbogaconego), który otrzymuje się wzbogacając występujący
znacznie częściej uran U-238 (tzw. uran naturalny). Niektóre reaktory (np. CANDU) pracują
na U-238. Stosuje się także reaktory wykorzystujące pluton Pu-239 oraz tor Th-232.
5. Pod jakimi postaciami stosowane jest paliwo reaktorowe?
Typowo, w roli paliwa stosuje się pastylki z dwutlenku uranu umieszczone w
szczelnie zamkniętych rurkach: prętach paliwowych. Spotyka się także drobne granulki
paliwa zamknięte w grafitowych kulkach (w reaktorach wysokotemperaturowych), a także
rury lub blachy uranowe i plutonowe.
Dr Marek Pluta
Wywiad przeprowadziła Anna Delimat z Dr Markiem Plutą .